[发明专利]缠绕成型工艺制备热塑性预浸料的方法及装置

说明书

本发明公开了一种缠绕成型工艺制备热塑性预浸料的方法及装置。方法包括：以水为分散剂，制备热塑性预浸料用的浆料；使纤维浸渍所述浆料，然后经挤胶装置挤压后进入收卷装置进行缠绕收卷，对缠绕在收卷装置上的纤维进行加热。本发明还提供了实现上述方法的装置。本发明提供了一种缠绕成型工艺制备热塑性预浸料的方法及装置，将泥浆法与缠绕成型工艺相结合，实现热塑性预浸料的生产，以水为溶剂，避免缠绕成型使用有机溶剂产生污染。

技术领域

本发明属于热塑性复合材料预浸料成型技术领域，涉及一种缠绕成型工艺制备热塑性预浸料的方法及装置。

背景技术

热塑性树脂分子链呈线性结构，分子链中不含有反应性化学基团，加热融化具有流动性，因此具备可重复加工成型等特点吸引了航空航天、新能源汽车等产业的目光。但由于热塑性树脂熔点高、粘度大，使得预浸料制造困难、成型设备要求苛刻，制约了热塑性预浸料在民用市场进一步广泛应用。

目前热塑性复合材料成型加工技术主要有热压成型、真空模压成型、缠绕成型和拉挤成型等工艺。热压成型主要存在问题是树脂粘度高，树脂基体浸渍纤维效果差，层间空隙难以排除等；真空模压成型工艺的成型压力较低，仅适合低熔融指数聚合物为基体树脂的热塑性复合材料；而拉挤成型工艺的缺点是：制品性能具有明显的方向性，横向强度差，只适用于生产型材；而上述缺点限制了热压、真空模压、拉挤等成型工艺的应用。

缠绕成型工艺是一种连续化制备纤维增强复合材料方法，将连续纤维浸渍树脂胶液后制成预浸带，然后在缠绕机上按照指定方向缠绕并固结于模具表面实现一次成型。缠绕成型工艺制备热塑性复合材料具有制造成本低、效率高，能够实现自动化成型等优点。目前的缠绕成型都是相对于热固性(即环氧树脂)，使用低沸点的溶剂溶解环氧树脂，配置出低粘度的浆料。目前也有人用强极性溶剂溶解热塑性树脂，一方面用于溶解热塑性树脂的溶剂挥发点普遍较高，另一方面溶剂能够溶解树脂种类较少，局限性较大，且制备的浆料粘度相对较高，不利于浸渍。热塑性基体树脂的熔融粘度高，要获得密实低空隙率的缠绕产品，成型过程需要施加较高的温度和压力，但对于缠绕成型中实现高温高压较为困难。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种缠绕成型工艺制备热塑性预浸料的方法及装置，将泥浆法工艺与缠绕成型工艺相结合，用于生产热塑性预浸料。

技术方案：本发明提供了一种缠绕成型工艺制备热塑性预浸料的方法，包括：

以水为分散剂，制备热塑性预浸料用的浆料；使纤维浸渍所述浆料，然后经挤胶装置挤压后进入收卷装置进行缠绕收卷，对缠绕在收卷装置上的纤维进行加热。

加热时采用分段加热，先于100-150℃烘干水分，再升温使树脂熔融。先将水份除去，再将树脂加热熔融。如果直接以树脂熔融加工温度进行加热，树脂中水份来不及挥发残留在预浸料中，产生气泡导致性能下降。第一段加热温度110-150℃，加热时间根据树脂浆料的浓度而定，本领域人员可根据实际情况进行设置，第二段加热温度及时间由树脂熔融温度决定，本领域技术人员可以根据树脂的具体种类进行设定。

纤维经张力调节使纤维处于张紧状态后再浸渍所述浆料。张力调节为了使纤维处于张紧状态，收卷辊上的纤维在加热成型后，纤维不发生弯曲变形，提高预浸料力学性能。

在浸渍过程中进行超声展纱，超声波功率：100-5000W，超声波频率：10-200KHz。可以达到更好的展纱效果。

所述纤维为碳纤维。

所述纤维以多束纤维束的方式呈带状浸渍浆料，进行生产。

本发明还提供了一种缠绕成型工艺制备热塑性预浸料的装置，包括：沿纤维前进方向设置的纱架、张力调节装置、第一导向装置、浸胶槽、挤胶装置、第二导向装置和收卷装置，所述收卷装置的外部设有加热装置。